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Profile.pdf” 입니다. .
차세대 네트워크를
위한 동기화 – PTP Telecom Profile
(Synchronization
for Next Generation Networks – The PTP Telecom Profile)
개요(Abstract)
이 글은 네트워크 엔지니어, 네트워크 플래너, 그리고 네트워크 운용자들이 Precision Time Protocol(PTP
또는 IEEE 1588)을 어떻게 효율적으로 활용하는 방법에 대해서 도움을 주고자 하는
것이다. PTP는 패킷 전송 기술에 기반하여 비동기 네트워크 구조에서 사용하기 위해 적용된 차세대 패킷
기반의 타이밍 프로토콜이다.
IEEE 1588-2008은 특정한 응용환경을 지원하기 위하여 선택사항들과 속성값들의
특정한 조합들을 지정하는 프로파일의 개념을 소개한다. 이 문서는
ITU-T에서 G.8265.1로 릴리즈된 “Telecom
Profile”을 설명한다. 이 프로파일은 GSM,
UMTS, 그리고 LTE-FDD 기지국의 주파수 동기화를 위한 PTP 응용을 다룬다.
이 보고서는 차세대 네트워크에서 동기화 및 타이밍을 위한 전반적인 프레임웍의 일부로서 Symmetricom에서 만들어진 백서들과 설명서 시리즈 중의 하나이다. 이들
보고서들은 네트워크 서비스 공급자, 플래너, 그리고 엔지니어들이 NGN(Next Generation Network)에서 탄탄한 동기화 및 타이밍 구조를 효율적으로 사용할 수
있도록 도와주려는 의도로 만들어졌다.
IEEE 1588-2008에 정의된 Precision
Time Protocol은 특정한 응용환경을 지원하기 위하여 선택사항들과 속성값들의 특정한 조합들을 지정하는 프로파일의 개념으로 소개한다. ITU-T는 최근에 텔레콤 시스템들의 주파수 동기화를 위한 PTP 응용환경을
설계하는 “Telecom Profile”(Rec. G.8265.1)을 릴리즈했다. 이 문서는 프로파일의 주요기능과 더 복잡한 요소들의 자세한 사용법을 다루는 “Telecom
Profile”을 설명한다.
The Telecom Profile
IEEE 1588-2008에 정의된 Precision
Time Protocol”은 수많은 다른 응용들와 환경들에 사용될 수 있도록 설계된 복잡한 프로토콜이다. 이 프로토콜의 일부분은 특정한 응용에만 국한되어 있으며 다른 곳에서는 적용할 수 없고 특정한 환경에만 사용되었기
때문에 이해하기 힘들다.
그러므로 IEEE 1588-2008은 PTP 프로파일의 개념을 소개한다. 이 프로파일의 기본적인 생각은
해당 응용환경의 장비들사이의 상호 호환성을 목표로 주어진 응용환경을 지원하기 위하여 선택사항들과 속성들을 특정한 조합들을 정하는 것이다. 이 프로파일의 목적은 IEEE 1588-2008, 19.3.1.1[]절에
개략적으로 나와 있다.(아래 내용)
“PTP
프로파일의 목적은 단체들이 동일한 전송 프로토콜을 사용하고, 특정한 응용환경의 요구사항들을 만족시키는 성능을 성취하고 상호협력할 때
PTP의 속성들과 선택사항들의 특정한 선택들을 지정하는 허락하는 것이다.
PTP
프로파일은 필요한 선택사항들과 금지된 사항들, 그리고 설정할 수 있는 속성값들의 범위와 기본값들의 집합이다.”
ITU-T Rec. G.8265.1 [2]은 사람들 사이에
“Telecom Profile”로 알려져 있으며, 패킷 네트워크상에서
정확한 주파수의 배포에 목적이 있는 프로파일을 지정한다. 이것은 주요 요구사항으로 50ppb(parts per billion)내의 주파수 정확도에 무선인터페이스로 동작해야하는 셀룰러 기지국의
동기화로 사용된다.
Telecom Profile의 목적(Aims of the
Telecom Profile)
“Telecom Profile”은 PTP가
기존의 통신 동기화 방법에 따라 사용될 수 있도록 하기 위해서 만들어졌다. 프로파일의 주요 목적은 다음을
포함한다.
1.
기존에 넓게 사용되고 운용되고 있는 패킷기반의 텔레콤 네트워크 상에서 동작하는 허락할 것
2.
텔레콤 환경에 대한 요구되는 성능을 만족하는 주파수 배포 방식의 메시지 속도(rates)와 파라미터 값들을 정의할 것
3.
SyncE와 SDH 같은 기존의 동기화 네트워크와 상호 호환되는 것을 허락할 것
4.
동기화 네트워크가 고정된 배열(arrangement) 상태에서
설계되고 설정되는 것을 허락할 것
5.
표준 텔레콤 네트워크 방식에 따라 구성되는 절체 방식를 가능하게 할 것
이들 목적들은 어떻게 프로파일을 동작하는지에 대해서 몇가지 중요한 결정들을 이끌어 낸다.
l BC(Boundary
Clock)과 TC(Transparent Clock)과 같은 경로상(on-path) 지원을 사용하는 것을 결정하지 않았다. 왜냐하면 이것은
기존 네트워크에 사용될 수 없기 때문이다.
l IPv4는 이더넷이나 다른
하위 레이어 포로토콜상에서 운용보다는 오히려 보편성(ubiquity) 때문에 네트워크 레이어(Layer 3)로 선택되었다.
l 유니캐스트(Unicast) 전송은 멀티캐스트(multicast)보다 우선적으로
선택되었다. 왜냐하면 전반적인 텔레콤 네트워크 상에서 보장(안정)된 동작을 했기 때문이다.
l IEEE
1588-2008에 언급된 기본 BMCA(Best Master Clock
Algorithm)은 정적인 설정(static provisioning)으로 대체되었다. 이것은 동기화 흐름이 동적으로 적용되는 것보다는 오히려 계획된 것으로 되는 것을 허락하기 위해서이다.
l “clockClass”
정보는 SDH와 SyncE 동기화 상태 메시징과
연속성을 위하여 G.781 [3]에 정의된 QL(Quality
Level)을 전송하는 것으로 채택되었다.
주요 기능(Profile Features)
단방향과 양방향(One-way and Two-way
Operation)
주파수는 한방향(예를 들어
MASTER에서 SLAVE)에서 메시지들을 전송함으로 전달될 수 있다. 시간 배포는 네트워크상에서 메시지의 전달지연(propagation
delay)를 보상하기 위하여 양방향에서 요구된다.
슬레이브에서 몇몇 주파수 복구 알고리즘은 더 정확하고 안정적인 결과를 전달하기 위하여 양방향을 사용한다. 그러므로 Telecom Profile은 단방향 또는 양방향 동작을
허용한다.
이 프로파일과 호화성이 있는 PTP 마스터는 단방향 및 양방향을
지원하는 능력이 있어야 한다. (예를 들어 PTP Sync와 Delay Request/Response 메시지들). 슬레이브는 단방향 또는 양방향을 중에 하나를 사용한다. 그러나
두 방식 모두를 지원할 필요는 없다.
One-step and Two-step
PTP는 두 종류의 클럭 동작을 정의하였는데, “one-step
clock”과 “two-step clock”이다.
one-step 클럭에서는 정확한 타임스탬프는 Sync 메시지에 직접적으로 전송되고 two-step 클럭에서는 Follow_Up 메시지가 Sync 메시지와 일치하는 정확한 타임스탬프를 전송하는데 사용된다.
Follow_Up 메시지는 타임스탬프의 정확성을 개선하기 위하여 하드웨어 레벨에서
타임스탬핑을 용이하게 하기 위하여 개발되었다. 그 사용은 마스터가 패킷이 전송될 때 Sync 메시지에서 타임스탬프값을 변경하지 않는다는 것을 의미한다. 그러나
개별적으로, 시간에 민감하지 않을 때(non-time-critical)
패킷을 전송할 수 있다.
만약 마스터가 one-step 클럭을 수행할 수 있다면, 이것은 전송해야할 PTP 메시지들의 수를 줄일 수 있다. 그러나 마스터에서 몇몇 보안 메커니즘이나 구조적인 기능으로 two-step 방식을
요구할 수도 있다.
그러므로 one-step과
two-step 클럭은 프로파일에서 허용된다. 이 프로파일과 호환성이 있는 PTP 마스터는 one-stop 클럭이나 two-step 클럭 또는 두가지 모두를 사용수 있다. 슬레이브는
반드시 one-step과 two-step 클럭을 받아들일
수 있어야 한다.
유니캐스트 전송(Unicast Transmission)
PTP는 PTP 메시지들의 전송을 위하여 유니캐스트와 멀티캐스트를
사용하는 것을 허락한다. 그러나 Telecom Profile은
유니캐스트 전송만 허락한다. 이것의 가장 주된 이유는 멀티캐스트는 설정하기가 너무 복잡하고 상향 멀티캐스트는
보안적인 이유로 종종 허용되지 않는다. 하향 멀티캐스트와 상향 유니케스트의 하이브리드 모델의 사용이
고려되었지만 미래 사용을 위해서 남겨두었다.
슬레이브는 요구되는 메시지 타입, 예를 들어 Announce, Sync 및 Delay_Request/Response, 각각에 대해서 마스터로부터 유니캐스트 서비스 요청을 해야한다. 표준
유니케스트 요청 방식은 (IEEE 1588-2008의 16절에
정의된) 슬레이브에 의해서 미리 지정된 리스트로부터 마스터의 주소와 함께 사용된다.
3계층 프로토콜(Network Layer Protocol)
이 프로파일은 IEEE 1588-2008 부록D에서 정의된 것과 같이 IPv4 네트워크 레이어에서 동작하는 UDP기반의 PTP 전송 방식을 채택하였다. 이것은 보편적으로 사용되기 때문이다. 반면에 Ethernet이나 MPLS같은 다른 전송 계층들은 마스터-슬페이브 전송의 전체 구간에 대해서 존재하지 않을 수도 있다.
전송 속도(Transmission rates)
전송 속도는 Boundary Clock 이나 Transparent Clock과 같은 경로상의 지원(on-path
support)이 필요없이 대부분의 네트워크 상에서 안정적인 동기화를 허락하기 위해서 채택된다. 그러므로
전송 속도는 대부분의 PTP 응용환경 즉, 네트워크 거리가
짧고 경로상의 지원(on-path support)이 있는 곳에서 보다 높다. 정확한 속도는 네트워크와 선택된 장치의 타입과 크기에 따라 다르게 사용될 수 있다.
l Sync
메시지들(만약 사용된다면, Follow_Up 메시지들도 같은 속도를 가질 것이다)
- 최소 속도 : 매 16초당 1 패킷
- 최대 속도 : 초당 128 패킷
l Delay_Request/Delay_Response
메시지들
- 최소 속도 : 매 16초당 1패킷
- 최대 속도 : 초당 128 패킷
l Announce
메시지들
- 최소 속도 : 매 16초당 1패킷
- 최대 속도 : 초당 8 패킷
l Signaling
메시지들 – 속도는 유니케스트 서비스 요청의 기간에 의해서 결정된다.
(역자주, Signaling 메시지는 세션을 맺을 때와 끊을 때에 사용되므로 속도가 필요없다)
도메인 (Domains)
PTP에 따라, 도메인은,
다른 PTP 클럭들과는 독립적으로 동작하는, 해당
프로토콜을 함께 사용하는 동기화된 클럭의 그룹이다. 경로상의 지원이 없는 유니케스트 메시징에서 마스터에서
슬레이브로의 각각의 통신은 하나의 도메인을 나타낸다. 왜냐하면 그 프로토콜은 이 경로상에서 독립적으로
동작하기 때문이다.
그러므로 도메인 번호는 각 마스터-슬레이브 쌍에 대해서 독립적으로
선택될 수 있다. 그리고 비록 각각 유일한 PTP 도메인을
형성한다 할지라도 사실은 모든 경로에 대해서 동일할 수도 있다. 권고는 4~23의
숫자를 선택할 수 있다. 분리된 경로들에서 도메인 번호들간에 어떤 차이는 운용자 참조로 사용된다. 이것의 한 결과로 표준 BMCA이 될 수 없다. 왜냐하면 각 도메인은 단지 하나의 마스터와 하나의 슬레이브를 포함한다. 그러므로
각 원소(element)는 한 마스터나 한 슬레이브로 정적으로 설정된다.
동기화 추적(Synchronization
Traceability)
기존의 SDH와 SyncE 기반의
동기화와 같은 방법으로 추적 기능을 제공하기 위하여 G.781에 정의된 QL(Quality Level) 지시자(indicator)가 PTP 경로상에서 반드시 전송되어야 한다. 이들 지시자들은 SONET/SDH 시스템의 SSM(Synchronization Status Message) 필드, 그리고 SyncE의 ESMC(Ethernet Synchronization Messaging
Channel) 메시지에서 전송된다.
비슷한 정보가 PTP Announce 메시지들의 clockClass 필드에 실린다. 그리고 clockClass 값들의 다양한 범위는 다른 프로파일의
사용을 위해 설계되었다. 그러므로 이 프로파일은 clockClass 값 80 ~ 110 사이의 값에서 QL 지시자들을 인코딩한다.
예비 및 보호절체(Redundancy and
Protection)
이 프로파일은 계획된 예비 구조로 운용할 의도였으며, 그리고 비슷하게는
어떻게 기존의 동기화 시스템과 함께 운용할 것인가를 고려하였다. 슬레이브는 우선 순위가 있는 마스터들의
목록로 미리 프로그램되었으며, G.781에 정의된 QL 프로세스의
기반에서 순위를 정하는 방법을 사용하여 그랜드마스터들 중의 하나를 선택한다. 슬레이브는 QL 값 최우선 순위, 그리고 다음 우선순위, 프로토콜이 어떤 종류의 신호 장애를 표시하지 않는 정보를 기초로 하여 그랜드마스터를 선택한다.
세부 동작(Detailed Opeation)
Telecom Profile의 동작은 PTP 시스템들의
일반적인 동작에 비해 몇가지 측면에서 다른다. 이 부분은 프로파일의 몇가지 핵심적인 측면을 상세히 다룬다.
유니캐스트 서비스 연결절차(Unicast Service
Negotiation)[중요]
Telecom
Profile은 유니캐스트 메시징에 기초로하기 때문에 유니캐스트 서비스 협상은 기본적으로 프로파일 호환 장치로 동작된다. 슬레이브는 그랜드마스터에게 G.8265.1의 16절에 설명된 절차를 사용하여 서비스를 요청함으로 통신을 시작한다. 이것은
REQUEST_UNICAST_TRANSMISSION
TLV를 포함하는 Signaling 메시지를 그랜드마스터의 IP로 전송하는 것으로 구성되어 있다. 만약 마스터가 슬레이브의 요청을 다루기에 충분한 여력이 있다면 GRANT_UNICAST_TRANSMISSION TLV를 포함하는 Signaling 메시지로 응답한다.
REQUEST_UNICAST_TRANSMISSION
TLV는 아래의 몇가지 파라미터를 포함한다.
l messageType
– 요청되는 서비스의 종류(예를 들어 Announce, Sync 또는 Delay_Response)
l durationField
– 요청되는 서비스의 기간. 이것은 기본 초기값으로
300초
l logInterMessagePeriod
– 요청되는 메시지의 전송 속도
그랜드마스터와 유니캐스트 협상이 시작될 때, 슬레이브는 Signaling 메시지의 targetPortIdentiy에 대한 초기값으로 모두 ‘1’을 사용해야 한다. 수정된 값은 그랜드마스터의 응답에서 알 수
있으며 그다음 Signaling 메시지들에 사용된다.
GRANT_UNICAST_TRANSMISSION
TLV는 요청한 것과 똑 같은 파라미터 리스트를 포함하고 있다. 이들
파라미터들의 값들은 요청시에 사용한 것과 같은 것이어야 한다. 만약 마스터가 요청을 거부하면, 예를 들어 남아있는 용량이 없을 때 durationField 값에
0을 채워서 알려준다. R 플래그[Renewal Invited]는 Telecom Profile에서 사용되지 않는다.
유니캐스트 서비스의 거부(Denial of Unicast
Service)
서비스의 연속성(Continuity of Service)
서비스 요청의 순서(Order of Service
Requests)
그림1의 시간순서상의 도표는 슬레이브와 마스터 사이의 전형적인
메시지 교환 순서를 보여준다. 첫번째로, 슬레이브는 유니케스트
Announce 메시지 서비스 요청을 한다. 이것이 승인이 되고, 첫번째 Announce 메시지를 수신하면, 슬레이브는 메시지의 clockClass 필드에 전달된 QL(Quality Level) 값을 체크할 수 있다. 이 값이 허용가능하면, 슬레이브는 다음으로 Sync와 Delay Request 메시지 서비스를 요청할 수 있다. Duration Interval의
끝이 다가오면, 서비스의 연속성을 확실히 하기 위해서 위의 과정을 반복해야 한다. 메시지의 정확한 순서와 메시지 요청들은 슬레이브가 요구하는 서비스의 타입에에 종속적이다. 이것은 또한 하나의 슬레이브가 서비스 요청에 있어서 여러 TLV들을
포함하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. (역자주, TLV는
Type, Length, Value의 약자로 하나의 속성값을 표현할 때 사용한다.) 이것은 마스터가 하나의 요청은 승인하고 다른 종류의 메시지들에 대한 요청은 거부할 가능성을 줄일수 있다.
추적 기능(Traceability)
SONET/SDH Traceability
PTP Traceability
Telecom Profile Traceability
Telecom Profile은 시간보다는 주파수에 관심이 있다. 그러므로 최초의 참조 시간(Primary Reference
Timescale)과 임의의 시간사이에는 이 프로파일의 목적에는 부합되지 않는 차이가 있다. 두번째로, IEEE 1588-2008에 정의된 clockClass 값들은 주파수
참조에 대한 정확성을 가리키지 않는다. 단순히 시간 정보의 추적일 뿐이다.
clockClass 파라미터는 0~255 범위는
가지고 있는데, 다른 프로파일에서 사용하기 위해서 이 범위의 값들안에 몇몇 구간이 있다. 주파수 배포를 하는 여러 방법들의 간의 일관성을 유지하기 위해서 이들 섹션들의 하나는 기존에 있는 clockClass 정의값들을 사용하기 보다는 QL 값들을 인코딩하여
사용하는 것으로 결정하였다. QL 값들의
사용은 그림2에서 보는 것처럼 SONET/SDH, SyncE, 그리고 PTP 주파수 배포 사이, 그리고 종단 노드들에 대해서도 전달의 도구에
관계없이 상호동작을 허용한다.
QL과 clockClass 사이의 매핑은 테이블1/G.8265.1에 볼 수 있다.
만약 그랜드마스터가 최초의 참조 주파수(Primary Reference
Frequency)로 종속된다면, 시간 정보의 추적과는 상관없이 clockClass값은 QL-PRC[84] (또는 Option II에 대해서 QL-PRS [80])으로 설정되어야 한다. 만약 최초의 참조 주파수가 장애가 생기면, clockClass는
그랜드마스터의 내부 발진기로 동작하여 저하된 값으로 설정되어야 한다. 예를 들어, 내부 발전기가 SSU type A에 대해 적합하다면 classClass는 QL-SSU-A [90]으로 설정되어야 한다. 비슷하게 만약 Stratum 2 quality (Option II)이면, 그 값은 QL-ST2 [86]으로 설정되어야 한다.
패킷 타이밍 신호 장애(Packet Timing Signal
Fail)
그랜드마스터 선택과 보호절체(Grandmaster Selection and
Protection)
IEEE 1588-2008은 BMCA(Best
Master Clock Algorithm)의 일부분으로서, slave 클럭이 동기화 하고자
하는 최고의 마스터를 결정하는 방법을 정의하고 있다. 이것은 우선순위(priority)값을
우선적으로 하고, 다음으로 clockClass, 그리고 clockAccurary 파라미터를 기초로한다.
그러나, G.781에는
SONET/SDH 그리고 SyncE에 대해서 반대 방향으로 선택하는 절차를 정의하고 있다. QL 값을 먼저로 기초로 하고, 다음으로 우선순위(priority)를 선택한다. 두번째로, 슬레이브와 각 그랜드마스터 사이에 PTP 통신 경로는 유니캐스트이고
독립적인 도메인으로 간주되기 때문에 BMCA는 사용될 수 있다. 또한 BMCA 방식은 하나의 도메인이 나머지 다른 도메인의 동작에도 영향을 미치기 때문이다.
Telecom Slave Clock
초기 마스터 선택 프로세스(Initial Master
Selection Process)
보호절체와 복구(Protection and
Restoration)
보호절체와 복구와 관련하여 몇가지 파라미터들이 있다.
l Wait to Restore Time (WTR)
-
l Non-reversion function (비복귀)
-
l Output Squelch(출력 차단)
– 만약 선택된 그랜드마스터의 QL 값이 임계치 아래에 있거나 Telecom Slave Clock이 홀드오버 상태에 있으면 슬레이브에서 출력되는 타이밍 신호를 차단(예를 들어, disable)하게 해야 한다. 이것은 종단 장치가 레퍼런스에 동기화되지 않은 타이밍 신호가 동기화되는 것을 막아준다. 차단 기능은 hold-off 시간과 연관이 있다. 예를 들어 QL 값이 저하된 순간에 재선택 처리 시간을 허용하기
위해서이다.
(역자주, hold-off는 절체와 같은 상태 천이를 바로하지 않고, 해당 시간동안 유보시키는 기능이다)
l Output QL Hold Off
-
결론
“Telecom Profile”은 정확한 주파수 정렬을 요구하는 셀룰러 백홀
같은 환경에서 신뢰할 수 있는 동기화 솔류션을 공급하는데 주요한 기술이다. 이것은 운용자들이 기존의
동기화 솔루션과 호환이 되면서 패킷 기반의 동기화 시스템을 설계하고 유지할 수 있게하는 것이다. 이것은
또한 여러 벤더로부터 장비를 사용하할 때 상호 운용가능한 시스템을 설계할 수 있게한다.
Symmetricom은 IEEE
1588-2008과G.8265.1 Telecom Profile의 개발에 있어서 능동적이었다. TP5000은 이 프로파일의 설정과 완전 호환되는 carrier-class
PTP 그랜드마스터이며, 많은 다른 벤더들의 PTP 슬레이브
장치들과 상호 호환성을 검증하였다.
TP5000은 모바일 백홀 응용환경을 위한 동기화 솔루션 구축을 위하여
운용자들에 의해 자신감있게 구축될 수 있다.
기타 상세한 정보는 www.symmetricom.com으로 접속해 주십시오.
※ 번역상의 실수는 너그러이 용서해 주세요. ^^
Sychronization for Next Generation Networks - The PTP Telecom Profile.pdf
